高中化學(xué) 第3章 第3節(jié) 金屬晶體課件 新人教版選修3

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1、成才之路成才之路 化學(xué)化學(xué)路漫漫其修遠(yuǎn)兮路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索吾將上下而求索人教版人教版 選修選修3 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三章第三章第三節(jié)金屬晶體第三節(jié)金屬晶體第三章第三章新情境新情境 激趣入題激趣入題1新知識新知識預(yù)習(xí)探究預(yù)習(xí)探究2新思維新思維名師講堂名師講堂3新考題新考題隨堂自測隨堂自測4新提升新提升達(dá)標(biāo)作業(yè)達(dá)標(biāo)作業(yè)5新視點新視點專家博客專家博客6新情境新情境激趣入題激趣入題 在廣東省某一山區(qū)的村寨里，前些年連續(xù)出生的凈是女孩，人們急了，照這樣下去，這個地區(qū)豈不變成女兒國了嗎？有的人求神拜佛，也無濟(jì)于事。有位風(fēng)水老者說道：“地質(zhì)隊在后龍山尋礦，把龍脈破壞了，這是風(fēng)水的報應(yīng)

2、??！”于是，迷信的村民千方百計地找到了原來在此地探礦的地質(zhì)隊，鬧著要他們賠“風(fēng)水”。地質(zhì)隊又回到了這個山寨，進(jìn)行了深入的調(diào)查，終于找到了原因。原來是在探礦的時候，鉆機(jī)把地下含鈹?shù)娜顺鰜?，擴(kuò)散了鈹?shù)奈廴?，使飲用水的鈹含量大為提高，長時間飲用這種水，就會導(dǎo)致生女而不生男。經(jīng)過治理，情況得到了好轉(zhuǎn)，在“女兒國”里又生出男孩了。 衛(wèi)星、飛船、飛機(jī)、大炮和生活用品都離不開金屬，為什么金屬具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展性？構(gòu)成金屬的粒子是什么？金屬晶體內(nèi)部的作用力是什么？新知識新知識預(yù)習(xí)探究預(yù)習(xí)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1金屬鍵 (1)在金屬單質(zhì)的晶體中，原子之間以_相互結(jié)合，構(gòu)成金屬晶體的粒子是_和_。

3、(2)描述金屬鍵本質(zhì)的最簡單理論是_理論。該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的_形成遍布整塊晶體的_，被所有原子所共用，從而把所有金屬原子維系在一起。金屬鍵金屬鍵金屬陽離子金屬陽離子自由電子自由電子“電子氣電子氣”價電子價電子“電子氣電子氣” (3)金屬鍵的強(qiáng)度差別_，例如，金屬鈉的熔點較低，硬度較小，而鎢是熔點最高的金屬，這是由于_ _不同的緣故。一般來說，金屬的_越小，金屬鍵越強(qiáng)，金屬的_越多，金屬鍵越強(qiáng)。 (4)金屬材料有良好的延展性：由于金屬鍵_方向性，當(dāng)金屬受到外力作用時，_而不會破壞金屬鍵；金屬材料有良好的導(dǎo)電性是由于金屬晶體中的_發(fā)生定向移動；金屬的熱導(dǎo)率隨溫度升高而降低是由于

4、在熱的作用下，_頻繁碰撞，阻礙了_的傳遞。很大很大形成的金屬鍵形成的金屬鍵原子半徑原子半徑價電子數(shù)價電子數(shù)強(qiáng)弱強(qiáng)弱沒有沒有 晶體中的各原子層發(fā)生相對滑動晶體中的各原子層發(fā)生相對滑動 自由電子可以在外加電場作用下自由電子可以在外加電場作用下 自由電子與金屬原子自由電子與金屬原子 自由電子對能量自由電子對能量 2金屬晶體的原子堆積模型 金屬原子在二維平面里有兩種排列方式，一種是_ (填“密置層”或“非密置層”)，其配位數(shù)為_；另一種是_(填“密置層”或“非密置層”)，其配位數(shù)為_。金屬晶體可看作是金屬原子在_空間中堆積而成，有如下基本模式： (1)簡單立方堆積：是按_(填“密置層”或“非密置層”)

5、方式堆積而成，其空間利用率_，晶胞構(gòu)成：一個立方體，_個原子，如_。非密置層非密置層4密置層密置層6三維三維非密置層非密置層比較低比較低1金屬釙金屬釙 (2)體心立方堆積 是按_(填“密置層”或“非密置層”)方式堆積而成，晶胞構(gòu)成：_立方，_個原子。如堿金屬。 (3)六方最密堆積和面心立方最密堆積 六方最密堆積和面心立方最密堆積是按照_(填“密置層”或“非密置層”)的堆積方式堆積而成，配位數(shù)均為_，空間利用率均為_。 六方最密堆積：按_方式堆積；面心立方最密堆積：按_方式堆積。非密置層非密置層體心體心兩兩密置層密置層1274%ABABABABABCABCABC 3混合晶體 石墨中碳原子采取_雜

6、化，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)，層內(nèi)碳原子核間距_金剛石中碳原子核間距，層間碳原子通過_維系。sp2 小于小于 范德華力范德華力 1(1)晶體中有陽離子，一定有陰離子嗎？有陰離子，一定有陽離子嗎？ (2)金屬導(dǎo)電與電解質(zhì)溶液導(dǎo)電有什么區(qū)別？ 提示：(1)有陽離子，不一定有陰離子。如金屬晶體，只有陽離子，無陰離子。但有陰離子則一定有陽離子。 (2)金屬導(dǎo)電一般為物理變化，僅僅是自由電子做定向移動而形成電流；而電解質(zhì)溶液導(dǎo)電則是化學(xué)變化，溶液中陰陽離子定向移動并在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。自主探究自主探究 2金屬晶體采用密堆積的原因是什么？ 提示：由于金屬鍵沒有飽和性和方向性，金屬原子能從各個方向互相靠近

7、，從而導(dǎo)致金屬晶體最常見的結(jié)構(gòu)形式是堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間。 3能夠?qū)щ姟?dǎo)熱、有金屬光澤的晶體是否一定屬于金屬晶體？ 提示：不一定。有些非金屬也可以導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有金屬光澤等，如單質(zhì)硅。 4金屬形成合金以后為什么有的物理性質(zhì)會發(fā)生很大變化？如純鋁的硬度不大，形成硬鋁合金后，硬度就很大，可以用來制造飛機(jī)。 提示：這是因為金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子時，就像在滾珠之間摻入了細(xì)小而堅硬的沙土或碎石一樣，這樣就可以影響金屬的延展性甚至硬度等。新思維新思維名師講堂名師講堂教材點撥教材點撥 (3)金屬鍵的本質(zhì)“電子氣理論” 金屬原子對外圍電子的束縛力不強(qiáng)，從金屬原子脫落下來的價電

8、子形成遍布整塊晶體的“電子氣”。正是由于“自由電子”在整個金屬固體中不停的運(yùn)動，被所有金屬原子所共用，從而把所有金屬原子維系在一起，使得體系的能量大大降低。金屬鍵本質(zhì)上也是一種電性作用。 (4)金屬鍵的特征：金屬鍵無方向性和飽和性。 晶體里的電子不專屬于某幾個特定的金屬離子而是幾乎均勻地分布在整個晶體里，把所有原子維系在一起，所以金屬鍵沒有飽和性和方向性。 (5)金屬鍵的作用 金屬晶體硬度的大小及熔、沸點的高低與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)。金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的熔、沸點越高，硬度越大。 (6)影響金屬鍵的因素 金屬鍵的強(qiáng)弱決定于金屬陽離子所帶電荷及陽離子半徑。一般陽離子所帶電荷越多，半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)

9、，金屬單質(zhì)的熔、沸點越高，硬度越大。如熔點：LiNaKRbCs；NaMg。 (2)根據(jù)下列敘述，判斷一定為金屬晶體的是_。 A由分子間作用力形成，熔點很低 B由共價鍵結(jié)合形成網(wǎng)狀晶體，熔點很高 C固體有良好的導(dǎo)電性、傳熱性和延展性 (3)下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是_。 A常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在 B金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失 C鈣的熔、沸點高于鉀 D溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好 【解析】(1)簡單立方堆積的空間利用率太低，只有金屬Po采取這種方式。體心立方堆積是上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，這種堆積方式的空間利用率比簡單立方

10、堆積的高，多數(shù)金屬是這種堆積方式。六方最密堆積按ABAB方式堆積，面心立方最密堆積按ABCABC方式堆積，六方最密堆積常見金屬為Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆積常見金屬為Cu、Ag、Au。(2)A項屬于分子晶體；B項屬于原子晶體；而C項是金屬的通性。 (3)常溫下，Hg為液態(tài)，A錯；因為金屬鍵無方向性，故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失，B正確；鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點高于鉀，C正確；溫度升高，金屬的導(dǎo)電性減弱，D錯。 【答案】(1)PoNa、K、FeMg、ZnCu、Au (2)C(3)BC 3(2014山東師大附中月考)如下圖所示，下列說法不正確的是() A此種堆積方式為面心立方最密堆

11、積 B該種堆積方式每一層上為密置層 C該種堆積方式可用符號“ABCABCABC”表示 D金屬M(fèi)g就屬于此種堆積方式變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 【解析】觀察題圖，該晶體為“ABCABCABC”的面心立方最密堆積，每一層上為密置層，金屬M(fèi)g屬于六方最密堆積方式，所以D錯誤。 【答案】D 4(2014陜西五校聯(lián)考)第四周期金屬元素D的M能層為全充滿狀態(tài)，其核外的未成對電子只有一個。則： D的基態(tài)原子中有_種能量不同的電子；D2的價電子排布式為_；圖中_(填“甲”“乙”或“丙”)表示的是D晶體中微粒的堆積方式。若該晶體中的一個晶胞的邊長為a cm，則D晶體的密度為_(寫出含a的表達(dá)式，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的

12、值)。若D的原子半徑為r，則D晶胞這種堆積模型的空間利用率為_。(用含r的式子表示，不需化簡) 【解析】由題意可推知D是銅元素。其基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，核外電子排布在7個不同的能級上，因此有7種能量不同的電子。Cu2價電子排布式為3d9，晶體Cu是面心立方最密堆積，故選乙。 教材點撥教材點撥 (1)石墨的晶體結(jié)構(gòu) 石墨是層狀結(jié)構(gòu)的晶體，在每一層內(nèi)，碳原子排列成六邊形，一個個六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個碳原子都跟其他三個碳原子相結(jié)合。在同一層內(nèi)，相鄰的碳原子以共價鍵相結(jié)合，層與層之間以分子間作用力相結(jié)合。石墨晶體中每個碳原子提供三個電子參加成鍵

13、形成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子最外層上的另一個電子成為自由電子，并通過自由電子在層間產(chǎn)生范德華力。石墨的很多性質(zhì)與自由電子有關(guān)。 (2)石墨晶體不是原子晶體，而是原子晶體與分子晶體之間的一種過渡型晶體。 (3)石墨晶體的物理性質(zhì) 由于石墨晶體結(jié)構(gòu)的特殊性，它的物理性質(zhì)為熔點很高，有良好的導(dǎo)電性，還可作潤滑劑。 2石墨與金剛石的比較金剛石金剛石石墨石墨晶體類型晶體類型原子晶體原子晶體混合晶體混合晶體構(gòu)成微粒構(gòu)成微粒碳原子碳原子碳原子碳原子微粒間的作用力微粒間的作用力CC共價鍵共價鍵CC共價鍵共價鍵分子間作用力分子間作用力碳原子的雜化方式碳原子的雜化方式sp3雜化雜化sp2雜化雜化碳原子成鍵數(shù)碳原子成鍵

14、數(shù)43碳原子有無剩余價電子碳原子有無剩余價電子無無有一個有一個2p電子電子配位數(shù)配位數(shù)43典例透析典例透析 (2)固態(tài)時，C60屬于_(填“原子”或“分子”)晶體，C60分子中含有雙鍵和單鍵，推測C60跟F2_(填“能”或“不能”)發(fā)生加成反應(yīng)。 (3)硅晶體的結(jié)構(gòu)跟金剛石相似，1 mol硅晶體中含有硅硅單鍵的數(shù)目約是_NA個。二氧化硅的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在硅晶體結(jié)構(gòu)中每個硅硅單鍵之間插入一個氧原子。二氧化硅的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，硅、氧原子形成的最小環(huán)上氧原子數(shù)目是_。 (4)石墨層狀結(jié)構(gòu)中，平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是_個。 【答案】(1)B(2)分子能(3)26(4)2 5(雙選)下列關(guān)于石墨的

15、說法正確的是() A由于石墨是層狀結(jié)構(gòu)，所以其晶體類型是原子晶體 B石墨晶體中最小環(huán)上有6個碳原子，每個環(huán)實際占有2個碳原子 C石墨晶體中最小環(huán)上有6個碳碳鍵，每個環(huán)實際占有3個碳碳鍵 D石墨與金剛石之間的轉(zhuǎn)化是物理變化變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 【解析】石墨是層狀結(jié)構(gòu)，所以其晶體類型兼有原子晶體的特點，但不能認(rèn)為石墨是原子晶體，A錯誤；石墨晶體中最小環(huán)上有6個碳原子，每個碳原子被3個環(huán)共有，根據(jù)均攤法，每個環(huán)實際占有2個碳原子，B正確；石墨晶體中最小環(huán)上有6個碳碳鍵，每個碳碳鍵被2個環(huán)共有，所以每個環(huán)實際占有3個碳碳鍵，C正確；石墨與金剛石之間的轉(zhuǎn)化是化學(xué)變化，D錯誤。 【答案】BC新考題新考題隨堂自

16、測隨堂自測 1下列關(guān)于金屬元素特征的敘述正確的是() 金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化性金屬元素在化合物中顯正價通常情況下，還原性越強(qiáng)的金屬，其對應(yīng)的離子氧化性越弱金屬元素只有金屬性，沒有非金屬性價電子數(shù)越多，金屬性越強(qiáng)銨鹽中一定不含有金屬元素原子晶體都是由非金屬元素組成的，都不含有金屬元素 A都正確B除、外都正確 C只有、正確D都不正確 【解析】有些金屬離子有還原性，如Fe2，錯；金屬元素只有正化合價，金屬原子越容易失去電子，其對應(yīng)的離子(如Fe對應(yīng)Fe2)就越難得到電子，即氧化性越弱，、正確；位于硼砹分界線附近的元素既有金屬性也有非金屬性，錯；Al的價電子數(shù)比Na多，但Na的金屬性比

17、Al強(qiáng)，(NH4)2Cr2O7等銨鹽中含有金屬元素，AlN等原子晶體中含有金屬元素，、錯。 【答案】C 2(2014福州二月中考)金屬具有延展性的原因是() A金屬原子半徑都較大，價電子較少 B金屬受外力作用變形時，金屬陽離子與自由電子間仍保持較強(qiáng)烈作用 C金屬中大量自由電子受外力作用時，運(yùn)動速度加快 D自由電子受外力作用時能迅速傳遞能量 【答案】B 3.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，每個碳原子都跟其他3個碳原子相結(jié)合，如圖是其晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖，則圖中7個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是() A10個B18個 C24個D14個 【解析】每個六元環(huán)完全占有碳原子2個，則7個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)為

18、14個。 【答案】D 4下列敘述不正確的是() A金屬鍵無方向性和飽和性，原子配位數(shù)較高 B晶體盡量采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩(wěn)定 C因為共價鍵有飽和性和方向性，所以原子晶體不遵循“緊密堆積”原理 D金屬銅和鎂均以ABAB方式堆積 【解析】晶體一般盡量采取緊密堆積方式，但金屬鍵沒有飽和性和方向性，原子晶體共價鍵有飽和性和方向性，所以不遵循緊密堆積方式；Mg以ABAB方式堆積，但Cu以ABCABC方式堆積。 【答案】D 5(2014山東五校診斷)如下圖所示為幾種晶體的晶胞。晶胞分別表示的物質(zhì)正確的順序是() A碘、鋅、鈉、金剛石 B金剛石、鋅、碘、鈉 C鈉、鋅、碘、金剛石 D鋅、鈉、碘、金

19、剛石 【解析】本題為由晶胞確定晶體。第一種晶胞為體心立方堆積，鉀、鈉、鐵等金屬采用這種堆積方式；第二種晶胞為六方最密堆積，鎂、鋅、鈦等采用這種堆積方式；組成第三種晶胞的粒子為雙原子分子，為碘；第四種晶胞的粒子結(jié)構(gòu)為正四面體，是金剛石。 【答案】C 6金屬晶體中金屬原子主要有三種常見的堆積方式：體心立方堆積、面心立方堆積和六方堆積，其結(jié)構(gòu)單元分別如下圖甲、乙、丙所示： (1)甲、乙、丙三種結(jié)構(gòu)單元中，金屬原子個數(shù)之比為_。 (2)下圖為高溫超導(dǎo)體領(lǐng)域里的一種化合物鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是具有代表性的最小重復(fù)單元。 在該晶體中，每個鈦原子周圍與它最近且距離相等的鈦原子共有_個，若將之連接，則呈_形

20、狀。 該晶體結(jié)構(gòu)中，氧、鈦、鈣的原子個數(shù)之比為_。 【答案】(1)123(2)6正八面體3 1 1新提升新提升達(dá)標(biāo)作業(yè)達(dá)標(biāo)作業(yè)（點此鏈接）（點此鏈接）新視點新視點專家博客專家博客 “神奇材料”石墨烯 2010年10月5日，2010年度的諾貝爾物理學(xué)獎由英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈海姆(Andre Geim)和康斯坦丁諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)獲得。他們在石墨烯材料研究方面作出了突出貢獻(xiàn)。 石墨烯具有諸多超乎人類想象的優(yōu)越特性，主要有以下兩點： (1)石墨烯是迄今為止世界上強(qiáng)度最大的材料：據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當(dāng)于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜(厚度約100納米)，那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂。可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機(jī)材料、23000英里長的“太空電梯”等。 (2)石墨烯是世界上導(dǎo)電性最好的材料：電子在其中的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度。石墨烯被普遍認(rèn)為會最終替代硅，從而引發(fā)電子工業(yè)革命。用石墨烯制造超微型晶體管，可以用來生產(chǎn)未來的超級計算機(jī)。用它制造的超級電池將取代現(xiàn)在的所有動力電池，包括現(xiàn)在的鎳氫電池和鋰電池。